JP2002042827A - Fuel cell separator, its manufacturing method, and fuel cell - Google Patents
Fuel cell separator, its manufacturing method, and fuel cellInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、セパレータによっ
て仕切られた単位セルが複数積層されてなる燃料電池と
該燃料電池に使用される燃料電池用セパレータ、及び該
燃料電池用セパレータの製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell comprising a plurality of stacked unit cells separated by a separator, a fuel cell separator used for the fuel cell, and a method of manufacturing the fuel cell separator. It is.
【０００２】[0002]
【従来の技術】燃料電池は、水素等の燃料ガスと空気等
の酸化剤ガスとを単位セルに供給し、これを電気化学的
に反応させることによって起電力を得るものである。特
に最近では、小型かつ高効率の燃料電池として、固体高
分子電解質膜を利用した燃料電池（固体高分子型の燃料
電池ともいう）が注目され、自動車用電源や家庭用電源
としての活用が期待されている。2. Description of the Related Art In a fuel cell, an electromotive force is obtained by supplying a fuel gas such as hydrogen and an oxidizing gas such as air to a unit cell and causing the unit cell to electrochemically react. In particular, recently, as a small and highly efficient fuel cell, a fuel cell using a solid polymer electrolyte membrane (also referred to as a polymer electrolyte fuel cell) has attracted attention, and is expected to be used as a power source for automobiles and households. Have been.
【０００３】例えば、このような固体高分子型の燃料電
池における単位セルは、イオン伝導性を有する固体高分
子電解質膜と、該電解質膜を挟むようにして設けられた
電極（水素極および空気極）とを具備して構成される。For example, a unit cell in such a polymer electrolyte fuel cell includes a solid polymer electrolyte membrane having ion conductivity and electrodes (a hydrogen electrode and an air electrode) provided so as to sandwich the electrolyte membrane. It comprises.
【０００４】そして、このように構成された単位セルに
おいては、水素極および空気極（酸素極）にそれぞれ燃
料ガス（水素ガス）および酸化剤ガス（空気等）を供給
することにより、水素極においてＨ2→２Ｈ+＋２ｅ-の
ように反応させるとともに、発生した水素イオン
（Ｈ+）を前記固体高分子電解質膜を介して反対側の空
気極へ移動させ、該空気極において２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋
２ｅ-→Ｈ2Ｏのように反応させることによって、起電力
を得ることができる。In the unit cell configured as above, a fuel gas (hydrogen gas) and an oxidizing gas (air or the like) are supplied to the hydrogen electrode and the air electrode (oxygen electrode), respectively, so that the hydrogen electrode While reacting as H 2 → 2H + + 2e − , the generated hydrogen ions (H + ) are moved to the opposite air electrode via the solid polymer electrolyte membrane, and 2H + + 1 / 2O is generated at the air electrode. 2 +
An electromotive force can be obtained by reacting as in 2e − → H 2 O.
【０００５】しかしながら、かかる単位セルは、一つの
単位セルで発生させることができる起電力が小さいた
め、通常の燃料電池においては、単位セルと単位セルの
間に導電性のセパレータを介装しつつ複数の単位セルを
積層することによって該単位セルを直列に接続し、その
両端より所望の起電力を発生させるように構成される。However, such a unit cell has a small electromotive force that can be generated by one unit cell. Therefore, in a normal fuel cell, a conductive separator is interposed between the unit cells. By stacking a plurality of unit cells, the unit cells are connected in series, and a desired electromotive force is generated from both ends.
【０００６】従って、このような構成の燃料電池におい
て使用されるセパレータは、供給される燃料ガスや酸化
剤ガス、生成した水、あるいは場合によっては冷却水な
ど、運転の際に燃料電池内を流通する流体同士を物理的
に遮断するという機能を有するものであって、且つ積層
される複数の単位セルを電気的に接続するための良好な
導電性を有するものであり、更に、前記のような電気化
学的な反応と、それに伴なう温度上昇に耐えうる耐食性
を有するものであることが要求される。[0006] Therefore, the separator used in the fuel cell having such a structure circulates in the fuel cell during operation, such as supplied fuel gas, oxidizing gas, generated water, or, in some cases, cooling water. Having a function of physically blocking fluids from each other, and having good conductivity for electrically connecting a plurality of unit cells to be stacked, and further, as described above. It is required to have corrosion resistance that can withstand the electrochemical reaction and the accompanying temperature rise.
【０００７】従来、このようなセパレータとして、例え
ば特開平１１−１０６８９２号公報に開示されたものが
ある。このセパレータは、ステンレス鋼等の基材の表面
を、酸素分圧が９×１０-20〜６×１０-14ａｔｍの雰囲
気下において酸化することにより、該基材の表面上にク
ロム酸化物、アルミニウム酸化物、チタン酸化物を含ん
だ耐食性に優れた酸化被膜を形成したものである。Conventionally, as such a separator, there is a separator disclosed in, for example, JP-A-11-106892. This separator oxidizes the surface of a substrate such as stainless steel in an atmosphere having an oxygen partial pressure of 9 × 10 −20 to 6 × 10 −14 atm, thereby forming a chromium oxide on the surface of the substrate. An oxide film containing aluminum oxide and titanium oxide and having excellent corrosion resistance is formed.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術によれば、このような酸化被膜を形成するために
は、アルミニウム及びチタンを含んだステンレス鋼を使
用しなければならず、材料選択の幅が制限されたもので
あった。また、酸素分圧を９×１０-20〜６×１０-14ａ
ｔｍという条件の範囲内に調整しつつ表面を酸化処理し
なければならず、その処理工程における操作が複雑かつ
困難であるという問題があった。However, according to the above prior art, in order to form such an oxide film, stainless steel containing aluminum and titanium must be used, and the range of material selection is limited. Was restricted. Further, the oxygen partial pressure is set to 9 × 10 -20 to 6 × 10 -14 a
The surface must be oxidized while being adjusted within the range of tm, and there is a problem that the operation in the processing step is complicated and difficult.
【０００９】さらに、形成された酸化被膜の厚みが０．
５〜５μｍと比較的厚いため、かかる酸化被膜を介して
の電気抵抗が大きくなり、セパレータの導電性を悪化さ
せるものであった。Further, the thickness of the formed oxide film is not more than 0.1.
Since it is relatively thick, 5 to 5 μm, the electric resistance via the oxide film becomes large, and the conductivity of the separator is deteriorated.
【００１０】従って、所定の起電力を発生させるべく単
位セルを多数積層する際には、該セパレータを単位セル
と略同じ枚数だけ積層する必要があるため、このような
セパレータの電気抵抗が蓄積されて大きな抵抗となり、
燃料電池の起電力を低下させる要因となっていた。Therefore, when a large number of unit cells are stacked in order to generate a predetermined electromotive force, it is necessary to stack the same number of separators as the unit cells, so that the electrical resistance of such separators is accumulated. Large resistance,
This was a factor that reduced the electromotive force of the fuel cell.
【００１１】そこで本発明は、上記の問題点に鑑みてな
されたものであり、燃料電池という特殊な条件下におい
ても耐食性に優れ、且つ導電性に優れたセパレータを提
供することを課題とし、併せて該セパレータの製造方法
と該セパレータを用いた燃料電池を提供することを課題
とする。Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a separator having excellent corrosion resistance and excellent conductivity even under a special condition of a fuel cell. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing the separator and a fuel cell using the separator.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、ステンレス鋼を酸化
性雰囲気下で加熱処理することによって形成された着色
酸化被膜の下層には、耐食性に優れているのみならず、
電気抵抗が極めて小さい不動態被膜が形成されているこ
とを見出し、以下の発明を完成するに至った。Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies in view of the above-mentioned problems, and as a result, have found that a lower layer of a colored oxide film formed by heat-treating stainless steel in an oxidizing atmosphere is obtained. Not only has excellent corrosion resistance,
The inventors have found that a passive film having extremely low electric resistance is formed, and have completed the following invention.
【００１３】即ち、本発明の手段は、燃料電池を構成す
る複数の単位セル間に介装され、且つ該単位セルを電気
的に接続する燃料電池用セパレータであって、ステンレ
ス鋼からなり、該ステンレス鋼は、清浄化処理されたの
ち酸化性雰囲気下で加熱処理されることにより着色酸化
被膜が形成され、さらに該着色酸化被膜の表層が溶解除
去されたものであることを特徴とする燃料電池用セパレ
ータにある。That is, the means of the present invention is a fuel cell separator interposed between a plurality of unit cells constituting a fuel cell and electrically connecting the unit cells, the separator being made of stainless steel. The fuel cell according to claim 1, wherein the stainless steel has a colored oxide film formed by heat treatment in an oxidizing atmosphere after being subjected to a cleaning treatment, and further has a surface layer of the colored oxide film dissolved and removed. For separators.
【００１４】単位セルとは、供給された燃料と還元剤と
が電気化学的反応により起電力を発生させるべく構成さ
れた、燃料電池の一構成要素である。A unit cell is one component of a fuel cell configured to generate an electromotive force by a supplied fuel and a reducing agent by an electrochemical reaction.
【００１５】ステンレス鋼を清浄化処理したのち酸化性
雰囲気下で加熱処理することによって、その表面には着
色酸化被膜が形成される。該着色酸化被膜は、その表層
部分にＦｅ成分（Ｆｅ酸化物）が多く含まれ、下層部分
にはＣｒ成分（Ｃｒ酸化物）が多く含まれてなるもので
ある。したがって、該着色酸化被膜におけるＦｅ成分の
多い表層を溶解除去することにより、Ｃｒ酸化物を主成
分とする不動態被膜のみが形成されたステンレス鋼（即
ち、セパレータ）を得ることができる。After the stainless steel is cleaned and then heated in an oxidizing atmosphere, a colored oxide film is formed on the surface. The colored oxide film has a surface layer portion containing a large amount of Fe component (Fe oxide) and a lower layer portion containing a large amount of Cr component (Cr oxide). Therefore, by dissolving and removing the surface layer containing a large amount of Fe in the colored oxide film, it is possible to obtain a stainless steel (that is, a separator) in which only a passive film mainly containing Cr oxide is formed.
【００１６】Ｃｒ酸化物を主成分とする不動態被膜と
は、ステンレス鋼の構成成分であったＣｒ元素が酸化さ
れてＣｒ酸化物（Ｃｒ2Ｏ3、ＣｒＯ水和物等）となり、
該Ｃｒ酸化物が主成分となって安定な被膜が形成された
ものである。加熱処理及び溶解除去によってＦｅ成分
（Ｆｅ酸化物）が選択的に除去されているため、該不動
態被膜中におけるＣｒ元素の割合は、ステンレス鋼本体
中よりも高い割合で含有されたものとなり、極めて安定
な状態となっている。[0016] The passive film containing Cr oxide as a main component means that Cr element, which is a component of stainless steel, is oxidized to Cr oxide (Cr 2 O 3 , CrO hydrate, etc.)
A stable film was formed by using the Cr oxide as a main component. Since the Fe component (Fe oxide) is selectively removed by heat treatment and dissolution removal, the ratio of the Cr element in the passive film is higher than that in the stainless steel body, It is in an extremely stable state.
【００１７】また、このようにして形成された不動態被
膜は厚みが数十Åと薄く、電気抵抗が非常に小さいもの
となる。特に、その厚みを４０〜８０Åとし、より好ま
しくは５５〜７０Åとすることにより、燃料電池におい
て求められる耐食性と導電性とを兼ね備えたものとする
ことができる。The passivation film thus formed has a thickness as small as several tens of millimeters and an extremely low electric resistance. In particular, by setting the thickness to 40 to 80 °, and more preferably to 55 to 70 °, it is possible to obtain both corrosion resistance and conductivity required for a fuel cell.
【００１８】さらに、前記処理工程によって形成された
不動態被膜は、ステンレス鋼本体との金属成分の含有比
率が、連続的に且つ緩やかに変化して構成されるものと
なるため、メッキ等によって表面に形成された不連続性
の膜とは異なり、ステンレス鋼本体と不動態被膜との界
面における電気抵抗が極めて小さいものとなる。また、
前記清浄化処理が電解研磨によるものであれば、前記ス
テンレス鋼表面が極めて滑らかな状態となるため、隣接
する電極との接触抵抗をも低減することが可能となる。Further, since the passivation film formed by the above-mentioned processing step is constituted by the content ratio of the metal component to the stainless steel body continuously and gradually changing, the surface is formed by plating or the like. Unlike the discontinuous film formed in the above, the electric resistance at the interface between the stainless steel body and the passivation film is extremely small. Also,
If the cleaning treatment is performed by electrolytic polishing, the surface of the stainless steel becomes extremely smooth, so that the contact resistance with the adjacent electrode can be reduced.
【００１９】このように、上記処理によって作製された
燃料電池用セパレータは、耐食性と導電性に優れたもの
となるため、単位セル間に介装して燃料電池を構成する
セパレータとして、特に好適なものとなる。As described above, since the fuel cell separator produced by the above-described process has excellent corrosion resistance and conductivity, it is particularly suitable as a separator constituting a fuel cell by being interposed between unit cells. It will be.
【００２０】さらに、本発明の解決手段は、前記セパレ
ータを単位セル間に介装して構成された燃料電池にあ
り、このようなセパレータを使用することによって、耐
久性に優れ且つ高いエネルギー効率を有する燃料電池と
なる。Further, a solution of the present invention is a fuel cell having the separator interposed between unit cells. By using such a separator, the fuel cell has excellent durability and high energy efficiency. Fuel cell.
【００２１】[0021]
【発明の実施の形態】本発明に係る燃料電池用セパレー
タは、ステンレス鋼からなるものであり、特にその表面
が以下のような第１〜第３の処理工程によって表面処理
を施されたものである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The fuel cell separator according to the present invention is made of stainless steel, and is particularly one whose surface has been subjected to surface treatment in the following first to third treatment steps. is there.
【００２２】即ち、第１工程は、ステンレス鋼表面を例
えば脱脂、酸洗、機械研磨あるいは電解研磨等によって
清浄化処理する工程であり、中でも、好ましくは機械研
磨あるいは電解研磨によってステンレス鋼の表面を清浄
化するものである。第２工程は、清浄化処理の施された
ステンレス鋼を酸化性雰囲気中で３００〜６００℃の温
度で３０分〜８時間、好ましくは４００〜４２０℃の温
度で３０〜６０分程度加熱処理することにより、清浄化
処理面上に着色酸化被膜を形成する工程である。ここ
で、酸化性雰囲気とは、大気雰囲気あるいは酸素＋窒素
雰囲気をいう。第３工程は、この着色酸化被膜の表層を
酸あるいは電解処理等により溶解除去する工程である。
ここで、酸としては、硫酸、塩酸等を使用することがで
きる。That is, the first step is a step of cleaning the surface of the stainless steel by, for example, degreasing, pickling, mechanical polishing, or electrolytic polishing. In particular, the surface of the stainless steel is preferably subjected to mechanical polishing or electrolytic polishing. It is to be cleaned. In the second step, the cleaned stainless steel is heated in an oxidizing atmosphere at a temperature of 300 to 600 ° C. for 30 minutes to 8 hours, preferably at a temperature of 400 to 420 ° C. for about 30 to 60 minutes. This is a step of forming a colored oxide film on the cleaning treatment surface. Here, the oxidizing atmosphere refers to an air atmosphere or an oxygen + nitrogen atmosphere. The third step is a step of dissolving and removing the surface layer of the colored oxide film by acid or electrolytic treatment.
Here, as the acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, or the like can be used.
【００２３】より具体的に説明すると、第１工程におい
てステンレス鋼の表面を清浄化処理することにより、ス
テンレス鋼表面が極めて平滑なものとなる。次いで、第
２工程において、該ステンレス鋼を酸化性雰囲気下で加
熱処理することにより、ステンレス鋼表面にはＦｅ、Ｃ
ｒ、Ｎｉ等の着色酸化被膜（Ｆｅ2Ｏ3、ＦｅＯ、Ｆｅ 3
Ｏ4、Ｃｒ2Ｏ3、ＮｉＯ等）が形成される。More specifically, in the first step,
Cleaning the stainless steel surface
The stainless steel surface becomes extremely smooth. Then,
In two steps, the stainless steel was heated in an oxidizing atmosphere.
By heat treatment, Fe, C
r, Ni or other colored oxide film (FeTwoOThree, FeO, Fe Three
OFour, CrTwoOThree, NiO, etc.) are formed.
【００２４】ここで、ステンレスの構成元素であるＦｅ
とＣｒとＮｉとはそれぞれ拡散速度および酸化速度が異
なるため、前記着色酸化被膜内においては、これら金属
元素の濃度分布が生じ、表層には主としてＦｅ成分の酸
化物が多く、一方、下層には主としてＣｒ成分の酸化物
が多く含有された着色酸化被膜が形成される。Here, Fe, which is a constituent element of stainless steel, is used.
, And Cr and Ni have different diffusion rates and oxidation rates, respectively, so that a concentration distribution of these metal elements occurs in the colored oxide film, and the surface layer mainly contains oxides of Fe components, while the lower layer has A colored oxide film mainly containing a large amount of Cr component oxide is formed.
【００２５】さらに、第３工程において、この着色酸化
被膜の表層を溶解除去することにより、下層、即ちＣｒ
酸化物を主成分とする不動態被膜が表面に露出されるこ
ととなるため、該ステンレス鋼表面は、金属イオンの溶
出が少なく耐久性に優れたものとなる。Further, in the third step, the surface layer of the colored oxide film is dissolved and removed, whereby the lower layer, that is, Cr
Since the passivation film mainly composed of an oxide is exposed on the surface, the surface of the stainless steel is less durable of metal ions and has excellent durability.
【００２６】また、前記第１〜第３の処理工程によって
形成される不動態被膜は、数十Å程度の厚みを有するも
のであり、通常の不動態被膜と比較して極めて薄く導電
性に優れたものとなる。より具体的には、前記不動態被
膜の固有抵抗は、１０-8〜１０-7Ωｍ程度となる。従っ
て、該不動態被膜を有するステンレス鋼（即ち、セパレ
ータ）は、極めて導電性に優れたものとなる。The passivation film formed by the first to third processing steps has a thickness of about several tens of millimeters, and is extremely thin and excellent in conductivity as compared with a normal passivation film. It will be. More specifically, the resistivity of the passivation film is about 10 −8 to 10 −7 Ωm. Therefore, the stainless steel having the passivation film (that is, the separator) has extremely excellent conductivity.
【００２７】さらに、燃料電池において要求される耐食
性と導電性とを鑑みれば、前記不動態被膜の厚みは、４
０〜８０Åであることが好ましく、さらに５５〜７０Å
であることがより好ましい。かかる厚みの不動態被膜を
形成するためには、前記第２工程において、温度４００
〜４２０℃で３０〜６０分の加熱処理を行い、第３工程
において、３〜７重量％硫酸水溶液に温度４０〜９０℃
で３〜２０時間浸漬することによって前記不動態被膜の
表層を除去すればよい。Further, in consideration of the corrosion resistance and conductivity required for the fuel cell, the thickness of the passivation film is 4
It is preferably 0-80 °, more preferably 55-70 °.
Is more preferable. In order to form a passive film having such a thickness, in the second step, a temperature of 400
A heat treatment is performed at a temperature of 40 to 90 ° C. in a 3 to 7 wt% sulfuric acid aqueous solution in a third step.
Then, the surface layer of the passivation film may be removed by dipping for 3 to 20 hours.
【００２８】このように、前記製造方法によれば、優れ
た耐久性と導電性とを兼ね備えたセパレータを製造する
ことができ、かかる処理によって製造されたセパレータ
は、単位セル間に介装されて燃料電池を構成するセパレ
ータとして好適なものとなる。As described above, according to the above-described manufacturing method, a separator having both excellent durability and conductivity can be manufactured. The separator manufactured by such a process can be interposed between unit cells. This is suitable as a separator constituting a fuel cell.
【００２９】また、セパレータを構成するステンレス鋼
については、任意のステンレス鋼を使用することができ
るため、材料選択の幅が広く、低コスト化を図ることが
可能となる。特に、ＳＵＳ３０４、３０４Ｌ、３１６、
３１６Ｌ等のステンレス鋼を使用することによって、よ
り低コスト化と加工の容易化を図ることができる。Further, as the stainless steel constituting the separator, any stainless steel can be used, so that a wide range of materials can be selected and the cost can be reduced. In particular, SUS304, 304L, 316,
By using stainless steel such as 316L, it is possible to further reduce costs and facilitate processing.
【００３０】また、形成された不動態被膜の厚みが非常
に薄いため、セパレータを構成するステンレス鋼自体も
厚みの薄いものを使用することができ、その結果、燃料
電池のコンパクト化、軽量化、低コスト化を図ることが
できる。Further, since the thickness of the formed passivation film is very thin, the stainless steel itself constituting the separator can also be used with a small thickness. As a result, the fuel cell can be made more compact and lighter. Cost reduction can be achieved.
【００３１】かかるセパレータを用いた燃料電池として
は、固体高分子型の燃料電池を例示できる。該固体高分
子型燃料電池は、固体高分子電解質膜と、該電解質膜の
一面側に設けられた水素極と、さらに該電解質膜の他面
側に設けられた空気極（以下、水素極と空気極とをあわ
せて「電極」ともいう）とから構成される単位セルを最
小単位として構成され、さらに、水素極および酸素極の
外側（固体高分子電解質膜に対して反対側）にセパレー
タが設けられることによって該単位セルの領域が仕切ら
れるとともに、該セパレータを介してさらに他の単位セ
ルが隣接されて構成される。即ち、該燃料電池は、単位
セルとセパレータとが交互に積層されることによって構
成される。As a fuel cell using such a separator, a polymer electrolyte fuel cell can be exemplified. The polymer electrolyte fuel cell includes a polymer electrolyte membrane, a hydrogen electrode provided on one side of the electrolyte membrane, and an air electrode provided on the other side of the electrolyte membrane (hereinafter referred to as hydrogen electrode). The minimum unit is composed of a unit cell consisting of an air electrode and an “electrode”, and a separator is provided outside the hydrogen electrode and the oxygen electrode (opposite to the solid polymer electrolyte membrane). By being provided, the area of the unit cell is partitioned, and another unit cell is further arranged adjacent to the unit cell via the separator. That is, the fuel cell is configured by alternately stacking unit cells and separators.
【００３２】該燃料電池の運転時には、水素極に供給さ
れた水素ガスが、Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ -のように反応し、
生成した水素イオン（Ｈ+）が前記固体高分子電解質膜
を介して反対側に設けられた空気極へ移動され、該空気
極に供給された空気と、２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2
Ｏのように反応することによって水が生成される。この
ような反応より、水素極で発生する電子（ｅ-）と酸素
極において消費される電子（ｅ-）により、水素極と酸
素極との間に起電力が生じるものとなる。そしてさら
に、水素極で発生した電子が、前記セパレータを介して
隣接する単位セルの空気極へ伝達されることにより、各
単位セルにおいて生じた起電力が累積され、燃料電池の
起電力となる。During operation of the fuel cell, the fuel cell is supplied to the hydrogen electrode.
Hydrogen gas is HTwo→ 2H++ 2e -Reacts like
Generated hydrogen ions (H+) Is the solid polymer electrolyte membrane
Is moved to the air electrode provided on the opposite side through
Air supplied to the pole, 2H++ 1 / 2OTwo+ 2e-→ HTwo
Water is produced by reacting like O. this
The electron (e) generated at the hydrogen electrode by such a reaction-) And oxygen
Electrons consumed at the poles (e-), The hydrogen electrode and the acid
An electromotive force is generated between the electrodes. And further
The electrons generated at the hydrogen electrode pass through the separator
By being transmitted to the cathode of the adjacent unit cell, each
The electromotive force generated in the unit cell is accumulated, and the
It becomes an electromotive force.
【００３３】上記構成の燃料電池によれば、単位セル間
に介装されるセパレータが耐食性に優れ且つ導電性の高
いものであるため、セパレータの腐蝕による電圧低下を
防止できるとともに、セパレータによる起電力の損失を
抑えることができる。According to the fuel cell having the above structure, the separator interposed between the unit cells has excellent corrosion resistance and high conductivity, so that a voltage drop due to the corrosion of the separator can be prevented and the electromotive force generated by the separator can be prevented. Loss can be suppressed.
【００３４】また、前記セパレータの表面は、清浄化処
理されたことによって微視的にも非常に滑らかなものと
なっているため、該セパレータと電極との接触状態が良
好となり、接触抵抗が小さいものとなる。従って、かか
る点からも、起電力の損失の少ない高効率の燃料電池と
なる。Further, since the surface of the separator is microscopically very smooth due to the cleaning treatment, the contact state between the separator and the electrode is improved, and the contact resistance is small. It will be. Therefore, from this point as well, a high-efficiency fuel cell with little loss of electromotive force is obtained.
【００３５】さらに、前記セパレータに形成された不動
態被膜は、厚みが薄いために伝熱抵抗も小さいものとな
り、ステンレス鋼のもつ優れた伝熱性を妨げにくいもの
である。従って、該セパレータに接する電極の温度が均
一になりやすく、更には、該セパレータを介して燃料電
池の温度制御が容易となる。Further, the passivation film formed on the separator has a small heat transfer resistance due to its small thickness, and is unlikely to hinder the excellent heat transfer properties of stainless steel. Therefore, the temperature of the electrode in contact with the separator tends to be uniform, and the temperature of the fuel cell can be easily controlled via the separator.
【００３６】尚、本発明におけるセパレータの形状は、
特に限定されるものではなく、例えば、燃料電池に供給
される燃料ガス等の流通を考慮して、予め溝を形成した
ものでもよい。その際、前記セパレータの製造方法にお
ける第１〜第３の処理工程は、任意の形状のステンレス
鋼に対して行うことが可能であるため、ステンレス鋼を
予め好ましい形状に成形しておくことができる。The shape of the separator in the present invention is as follows:
There is no particular limitation, and for example, a groove may be formed in advance in consideration of the flow of fuel gas or the like supplied to the fuel cell. At this time, since the first to third processing steps in the method for manufacturing the separator can be performed on stainless steel having an arbitrary shape, the stainless steel can be formed into a preferable shape in advance. .
【００３７】また、本発明に係る燃料電池の形式（即
ち、単位セルの形式）についても、前記実施形態におい
て例示した固体高分子型に限定されず、任意の形式のも
のを採用することができる。Further, the type of the fuel cell according to the present invention (that is, the type of the unit cell) is not limited to the solid polymer type exemplified in the above embodiment, but may be any type. .
【００３８】[0038]
【実施例】以下、本発明の実施例の燃料電池用セパレー
タについて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a fuel cell separator according to an embodiment of the present invention will be described.
【００３９】燃料電池用セパレータとして使用するステ
ンレス鋼（ＳＵＳ３１６）をリン酸・硫酸系電解液によ
り、電解電流密度１０Ａ／ｄｍ2の条件で電解研磨した
後、大気雰囲気中４２０℃で１時間加熱することによ
り、着色酸化被膜を形成した。その後、６０℃の５重量
％の硫酸中に３時間浸漬することによって、前記着色酸
化被膜の表層を溶解除去することにより、前記ステンレ
ス鋼表面にＣｒ酸化物を主成分とする不動態被膜を露出
させた。A stainless steel (SUS316) used as a fuel cell separator is electrolytically polished with a phosphoric acid / sulfuric acid-based electrolytic solution under conditions of an electrolytic current density of 10 A / dm 2 and then heated at 420 ° C. for 1 hour in an air atmosphere. Thereby, a colored oxide film was formed. Thereafter, the surface layer of the colored oxide film is dissolved and removed by immersion in 5% by weight sulfuric acid at 60 ° C. for 3 hours to expose the passivation film mainly composed of Cr oxide on the surface of the stainless steel. I let it.
【００４０】かかる処理によって得られた燃料電池用セ
パレータについて、ステンレス鋼表面を測定すると、６
５Åの不動態被膜が形成されていることがわかった。When the surface of the stainless steel of the fuel cell separator obtained by the above treatment was measured,
It was found that a 5 ° passive film was formed.
【００４１】[0041]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、燃料電
池の複数の単位セル間に介装される燃料電池用セパレー
タとして、耐食性を有し、且つ極めて良好な導電性を有
するものを提供することが可能となる。As described above, according to the present invention, as a fuel cell separator interposed between a plurality of unit cells of a fuel cell, one having corrosion resistance and extremely good conductivity is used. Can be provided.
【００４２】また、該セパレータを単位セル間に介装し
た燃料電池は、耐久性に優れ、かかるセパレータによる
起電力の低下の少ない高効率な燃料電池となる。Further, a fuel cell in which the separator is interposed between the unit cells is a highly efficient fuel cell having excellent durability and little decrease in electromotive force due to the separator.
Claims (7)
は、清浄化処理されたのち酸化性雰囲気下で加熱処理さ
れることにより着色酸化被膜が形成され、さらに該着色
酸化被膜の表層が溶解除去されたものであることを特徴
とする燃料電池用セパレータ。Claims: 1. A stainless steel, which is subjected to a cleaning treatment and then to a heating treatment in an oxidizing atmosphere to form a colored oxide film, and the surface layer of the colored oxide film is dissolved and removed. A fuel cell separator characterized by the following:
れる請求項１記載の燃料電池用セパレータ。2. The fuel cell separator according to claim 1, wherein said cleaning treatment is performed by electrolytic polishing.
の表面にはＣｒ酸化物を主成分とする不動態被膜が形成
されてなることを特徴とする燃料電池用セパレータ。3. A fuel cell separator comprising stainless steel, wherein a passivation film containing Cr oxide as a main component is formed on the surface of the stainless steel.
ある請求項３記載の燃料電池用セパレータ。4. The fuel cell separator according to claim 3, wherein the thickness of the passivation film is 40 to 80 °.
ち酸化性雰囲気下で加熱処理することにより着色酸化被
膜を形成し、さらに該着色酸化被膜の表層を溶解除去す
ることを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。5. A fuel cell comprising: a step of cleaning a surface of stainless steel; and a step of heating in an oxidizing atmosphere to form a colored oxide film, and further dissolving and removing a surface layer of the colored oxide film. Manufacturing method of separators for automobiles.
ステンレス鋼は、清浄化処理されたのち酸化性雰囲気下
で加熱処理されることにより着色酸化被膜が形成され、
さらに該着色酸化被膜の表層が溶解除去されたものであ
ることを特徴とする燃料電池。6. The separator is made of stainless steel, and the stainless steel is subjected to heat treatment in an oxidizing atmosphere after being subjected to a cleaning treatment to form a colored oxide film,
Further, the fuel cell is characterized in that the surface layer of the colored oxide film is dissolved and removed.
ステンレス鋼の表面にはＣｒ酸化物を主成分とする不動
態被膜が形成されてなることを特徴とする燃料電池。7. A fuel cell, wherein the separator is made of stainless steel, and a passivation film mainly composed of Cr oxide is formed on the surface of the stainless steel.
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